Alumina | |
__ Al 3+ __ O 2– Krystalstruktur af α aluminiumoxid ( korund ) |
|
Identifikation | |
---|---|
N o CAS | |
N o ECHA | 100.014.265 |
N o EF | 215-691-6 |
N o RTECS | BD1200000 |
DrugBank | DB11342 |
PubChem | 9989226 |
ChEBI | 30187 |
SMILE |
[O-2]. [O-2]. [O-2]. [Al + 3]. [Al + 3] , |
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / 2Al.3O / q2 * + 3; 3 * -2 Std. InChIKey: PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N |
Udseende | hvidt krystalliseret fast stof uopløseligt i vand |
Kemiske egenskaber | |
Brute formel |
Al 2 O 3 [isomerer] |
Molar masse | 101,9613 ± 0,0009 g / mol Al 52,93%, O 47,07%, |
Fysiske egenskaber | |
T ° fusion | 2.050 ° C |
T ° kogning | 2.980 ° C |
Opløselighed | langsomt opløselig i vandige alkaliske opløsninger ; praktisk talt uopløselig i ikke-polære organiske opløsningsmidler , diethylether , ethanol (95%), vand |
Volumenmasse | 3,97 g · cm -3 til 20 ° C |
Mættende damptryk | 133,3 Pa ved 2.158 ° C |
Varmeledningsevne |
36,0 W · m -1 · K -1 til 26 ° C 10,9 W · m -1 · K -1 til 500 ° C 6,2 W · m -1 · K -1 til 1000 ° C |
Termokemi | |
S 0 væske, 1 bar | 67,24 J · K- 1 · mol -1 |
S 0 fast | 50,92 ± 0,10 J · K- 1 · mol -1 |
Δ f H 0 væske | -1 620,57 kJ · mol -1 |
Δ f H 0 faststof | -1 675,7 ± 1,3 kJ · mol -1 |
C s | 795,5 J · K- 1 · kg -1 |
Enheder af SI og STP, medmindre andet er angivet. | |
Den aluminiumoxid eller aluminiumoxid , er en kemisk forbindelse med formlen Al 2 O 3. Det er et lugtfrit hvidt fast stof, der er uopløseligt i vand. Der er flere polymorfe , hvoraf den vigtigste er α-aluminiumoxid, trigonal-rhombohedral , som findes i det naturlige miljø i form af mineralet kaldet korund , hvoraf nogle sorter er ædelsten : rubin med spor af krom og safir , med spor af jern og titanium .
I petrologi er det almindeligt at også kalde aluminiumoxid for komponenten Al 2 O 3af den kemiske sammensætning af en klippe , udtrykt i procent af oxider , selvom de mineraler, der bærer aluminium, ikke har denne kemiske formel. De siger for eksempel bauxit , den vigtigste malm af aluminium , den er rig på aluminiumoxid.
Alumina anvendes hovedsageligt som en kilde til aluminium , som et slibende middel på grund af dets hårdhed på 9,0 på Mohs-skalaen (som med wolframcarbid ) og som et ildfast materiale på grund af dets smeltepunkt. Højt (når 2.050 ° C ) .
Α aluminiumoxid, trigonal-rhombohedral , er den vigtigste polymorfe af aluminiumoxid, der udgør korund . Aluminiumoxid β er faktisk forbindelsen Na 2 O 11Al 2 O 3Eller NaAI 11 O 17. Γ og η aluminiumoxid, kubisk , θ aluminiumoxid, monoklinisk , κ aluminiumoxid, orthorhombisk , χ sekskantet aluminiumoxid og δ aluminiumoxid, tetragonal eller orthorhombisk , er de andre bemærkelsesværdige polymorfe af d 'oxid. Γ Alumina anvendes f.eks. Til produktion af teknisk keramik .
Alumina er amfotert , det vil sige, det reagerer som en syre i nærværelse af en base og som en base i nærvær af en syre. Det danner aluminater med mange metaloxider . Γ-aluminiumoxid, kubisk, fremstår som et hygroskopisk hvidt pulver, der er uopløseligt i vand, men langsomt opløseligt i stærke baser og stærke syrer . Det dannes ved sintring af faste stoffer med en porøs overflade, hvis kvalitet afhænger nøje af fremstillingsprocessen og temperaturen. Det bruges som en stationær fase i kromatografi . Γ aluminiumoxid omdannes fra 800 ° C til α-aluminiumoxid, der er uopløseligt i syrer og baser.
Aluminiumoxid er en god elektrisk isolator med en dielektrisk styrke på 35 kV · mm -1 og en resistivitet af 10 12 Ω · m ved 20 ° C (faldt til 10 7 Ω · m til 1000 ° C ), men dette ved stuetemperatur en termisk ledningsevne på 35,6 til 39 W · m -1 · K- 1 , relativt høj for et keramisk materiale. Det er let dannes på overfladen af aluminium metal i kontakt med oxygen i luften , og udgør et tyndt lag af passivering , tyk på ca. 4 nm , som beskytter det indre af volumenet af aluminium mod progression af oxidation . Et antal legeringer , såsom cuproaluminium ( kobber med en brøkdel af aluminium), bruger denne egenskab til at forbedre deres korrosionsbestandighed .
Tykkelsen og egenskaberne af dette oxidlag kan forbedres ved overfladebehandling af anodiseringstypen . Det således dannede lag er generelt amorft, men kan delvis krystalliseres ved anvendelse af plasmaoxidation eller lysbue- teknikker . Disse aluminiumoxidlag kan derefter styrkes ved at kombinere med vand til dannelse af et aluminiumoxidhydrat, der er gennemskinneligt. Det er muligt at tilføje farvestoffer til overfladelaget under denne operation for at opnå æstetiske farver.
Alumina blev isoleret i 1754 af tysk kemiker Andreas Sigismund Marggraf fra alun . Det var Louis Guyton de Morveau (1737-1816), medarbejder af Antoine Lavoisier , der døbte aluminiumoxid et af sulfaterne indeholdt i alun.
Den udvinding af aluminiumoxid fra bauxit udføres under anvendelse af en kemisk proces kaldet Bayer-processen , opfundet af den østrigske Karl Josef Bayer . Aluminiumoxidet er til stede i bauxit i form af oxider af aluminium hydreret - gibbsit AI (OH) 3, boehmit γ-AlO (OH) og diaspore α-AlO (OH) - blandet med jernoxider - goethit FeO (OH) og hæmatit Fe 2 O 3- såvel som SiO 2 kvartsog ler . I denne proces angribes bauxitten med natriumhydroxid NaOH ved høj temperatur og under tryk:
Al 2 O 3+ H 2 O+ NaOH ⟶ NaAl (OH) 4 ; Al (OH) 3+ NaOH ⟶ NaAl (OH) 4.Undtagen SiO 2 kvartsbestanddelene af bauxit opløses ikke i baserne . Filtrering af basisblandingen eliminerer hæmatit Fe 2 O 3Derefter afkøles blandingen til dannelse af et bundfald af aluminiumhydroxid Al (OH) 3som efterlader silicaterne i opløsning:
NaAl (OH) 4⟶ NaOH + Al (OH) 3 ↓.Hydroxidet kalcineres derefter over 1.100 ° C til dannelse af aluminiumoxid:
2 Al (OH) 3⟶ Al 2 O 3+ 3 H 2 O.Det producerede aluminiumoxid har tendens til at være flerfaset, det vil sige, det indeholder ikke kun korund , men også andre polymorfe . Sammensætningen af det således fremstillede aluminiumoxid kan justeres som en funktion af driftsbetingelserne; det bestemmer især overfladenes porøsitet og materialets opløselighed, hvilket har indflydelse på dets omkostninger, dets salgspris og kontrol med den resulterende forurening .
Det første anlæg, der anvendte denne proces, var Gardanne- anlægget (tidligere Pechiney ) i 1894. Dette anlæg producerer stadig hydratiserede og kalcinerede aluminiumoxider til i dag ved hjælp af denne proces. Alumina fra en lang række kilder kan ekstraheres ved hjælp af den meget mindre forurenende Orbite-proces .
Alumina udnyttes industrielt til at opnå aluminium ved den elektrolytiske proces Héroult-Hall . Det bruges også som et ildfast materiale (modstandsdygtigt over for meget høje temperaturer) og som keramik og kan også bruges i form af korund til at fremstille slibemidler. Alumina komfurrør er fremstillet til opvarmning af træ og olie.
Alumina anvendes i en lang række applikationer. Cirka 90% af den samlede mængde bruges til at producere aluminium , generelt ved elektrolyse (Hall-Héroult-processen), mens resten hovedsageligt anvendes til applikationer, der udnytter dets kemiske, termiske og elektriske modstand. Det bruges for eksempel som et ildfast materiale , som keramik , som slibemiddel eller ellers i poleringsanvendelser . Et stort volumen anvendes til produktion af zeolitter , pigmenter i titandioxidbelægninger og retarderende eller antirøgstoffer .
Som slibemiddel tjener aluminium f.eks. Som en meget billigere erstatning for industrielle diamanter , hvad enten de er naturlige eller syntetiske . Mange typer af sandpapir bruger aluminiumoxid krystaller . Dens lav fastholdelse varme og lav varme kapacitet gør det til en meget anvendt materiale til slibende bearbejdning eller slibning .
Som en elektrisk isolator anvendes aluminiumoxid i visse kondensatorer såvel som et substrat i visse silicium-på-isolator ( SOI ) teknologier, i dette tilfælde kendt som Silicon-on-Sapphire (SOS), til at fremstille integrerede kredsløb, men også superledende komponenter. i tunnel som SET og SQUID . Det er muligt at dyrke tynde film af aluminiumoxid på et integreret kredsløb ved kemisk udveksling mellem trimethylaluminium Al 2 (CH 3 ) 6og vand H 2 O :
Al 2 (CH 3 ) 6+ 3 H 2 O⟶ Al 2 O 3+ 6 CH 4.Det er også muligt at bruge ozon O 3 i stedet for vand:
Al 2 (CH 3 ) 6+ O 3⟶ Al 2 O 3+ 3 C 2 H 6Tynde film af aluminiumoxid fremstillet af ozon har en lækstrøm 10 til 100 gange lavere end dem fremstillet af vanddamp.
Alumina anvendes som en katalysator i flere reaktioner af industriel betydning, for eksempel i Claus-processen til genvinding af elementært svovl fra gasformigt affald fra råolieraffinering eller i reaktionen til dehydrering af alkoholer til alkener . Det er også en understøtning for mange industrielle katalysatorer, for eksempel dem, der anvendes i hydroafsvovling eller i Ziegler-Natta- polymerisationer .
Det bruges også i de keramiske plader i nogle skudsikre veste , ofte som en matrix forstærket med aramidfibre eller polyethylen med meget høj molekylvægt ( UHMPE ), men det er mindre hårdt end siliciumcarbid og carbid. Bor , og aluminiumoxidpladerne er ikke certificeret til militær brug.
Klar aluminiumoxid anvendes også i nogle natriumdampelamper .
I 2014 var Frankrig ifølge fransk told en klar importør af aluminiumoxid. Den gennemsnitlige importpris var 310 € / t .